Transcript Mintavétel

Műszeres analitika
14. E és 14. F osztály részére
2010/2011
2. Mintavétel és
minta-előkészítés
http://tp1957.atw.hu/ma_20.ppt
2.1 A mintavétel célja
Mintavételre azért van szükség, mert a teljes objektumot
(pl. folyó, hulladék halom) nem tudjuk és nem is akarjuk
bevinni vizsgálatra a laboratóriumba.
Milyenek lehetnek a vizsgálandó objektumok?
– sztatikus (öntvény) vagy dinamikus (folyó),
– heterogén (hulladék) vagy homogén (gáz),
– gáz, folyadék vagy szilárd halmazállapotú,
– kémiailag stabilis vagy instabilis (fény- vagy hőérzékeny,
oxidálódó, reaktív),
– heterodiszperz (környezeti minták: talaj, víz, levegő).
2.2 A mintavétel korlátai
A jó minta reprezentatív, azaz ugyanolyan összetételű,
mint az objektum, amiből vették.
A homogén objektum jól mintázható, a minta reprezentatív
lesz. Ilyenek a gázok nem túl nagy mennyiség esetén.
Az inhomogén, de homogenizálható objektum megfelelő
homogenizálás után szintén reprezentatív mintát eredményez. Ilyenek lehetnek a kisebb mennyiségű, teljes egészében kezelhető folyékony és szilárd objektumok (pl. tartály).
Az inhomogén, de nem homogenizálható objektum esetén
sok mintát veszünk és az átlagminta is csak közelíti a reprezentatív mintát. Ilyenek a nagyobb mennyiségű folyadék
és szilárd minták (nem rázhatjuk össze a Dunát, vagy nem
keverhetjük el dörzsmozsárban a mező összes földjét).
2.3 A mintavétel tervezése
A teljes vizsgálat:
szállítás


objektum → mintavétel    minta-előkészítés
analitikai információ ← értékelési rendszer ← analízis
Az egész egységes szemléletet kíván, az egyes részeket
össze kell hangolni, ez tervezést kíván. Tudnunk kell az
analízis célját, a mérendő anyag körülbelüli koncentrációját
(nagyságrend), a használni kívánt módszert, stb.
Ha a mintavételt nem tervezzük meg, akkor lehet, hogy túl
sok vagy túl kevés lesz a minta, illetve koncentrációja.
A túl alacsony koncentráció pontatlan mérést eredményez,
a túl magas koncentráció a mérő rendszert túlterhelheti.
2.4 A minták típusai
– pontminta (térbeli, időbeli) és átlagminta (ok: inhomogenitás, időben változó összetétel),
– teljes és részminta (esetenként nem kell minden komponens, illetve átlagmintához),
– elsődleges és másodlagos minta (az elsődleges minta túl
nagy),
– párhuzamos minta: egymást követő mintavétellel (a
mintavétel hibáját csökkenti),
– laboratóriumi (analitikai) minta: a részminták összekeverésével, homogenizálásával és tömegcsökkentésével
nyert minta.
– Kiegészítő minták: utazó (szállítás szerepének ellenőrzése), vak, standard, tárolás, edényzet szerepének
ellenőrzését szolgáló minták.
2.5 A mintavételi jegyzőkönyv
Miket tartalmazzon?
Minden kell, aminek alapján megítélhető az esetleges eltérés vagy hiba oka (mert a mintavétel általában megismételhetetlen). Ezek a következők:
– a mintavétel körülményei:
= helye, ideje, időtartama,
= időjárási viszonyok (légnyomás, hőmérséklet,
esetleges csapadék, napsütés, stb.),
– szabványos vagy egyedi mintavétel,
– a minták (párhuzamosok) jelzése, számozása,
– helyszíni műveletek (szűrés, átlagolás, aprítás, tartósítás), tárolási körülmények,
– a mintavevő (és esetleges tanúk) adatai,
– hitelesítés aláírásokkal (ha kell).
2.6 A mintavételi módok
a) Szelektív mintavétel: az objektum egy részletének
vizsgálatára alkalmas minta vétele (lokális, pillanatnyi)
b) Statisztikus mintavétel: eredménye „pszeudo-átlag minta”
– véletlenszerű (random): egyforma részletek,
– rétegminta vétel,
– szisztematikus: pl. idő, tömeg, térfogat szerint vett minták.
c) Átlagminta vétele: csak homogenizálható mintából
készíthető (egyfázisú, nem túl nagy mennyiségű, időben
nem változó).
A mintavétel technikája lehet:
– kézi (manuális) – mechanizált – automatikus,
– folytonos – szakaszos – időszakos – alkalmi (egyszeri),
– kényszeráramlású – diffúziós.
2.6.1 A térfogati gáz-mintavétel eszközei 1.
Merev falú eszköz: „malac”. Általában üvegből készül,
hátránya a törékenysége és a gázt nehéz kivenni belőle
(vákuum vagy kiszorítás folyadékkal). A megtöltés
lehetőségei:
a) Vákuumozás a laborban, a helyszínen nyitás – zárás.
Hátránya, hogy veszélyes a vákuumozott eszköz.
b) Alkalmas folyadék kiöntése – egyszerű, de nehéz megfelelő
folyadékot találni, ami nem oldja a vizsgálni kívánt anyagokat, maradéktalanul kiönthető és a környezetre sem ártalmas. A legtöbb esetben telített sóoldatok (pl. CaCl2 vagy
Na2SO4) megfelelőek.
c) Megtöltés túlnyomásos térből vagy szivattyú (pumpa) segítségével – a legcélszerűbb megoldás. Legalább 10-szeres
térfogatot szokás átengedni.
2.6.1 A térfogati gáz-mintavétel eszközei 2.
A célnak jobban megfelel egy (alumíniummal bevont)
műanyag (pl. PP) zsák. Lehet egy- és kétszelepes.
Előnye: a megtöltés egyszerűbb, a gáz kinyerése összenyomással lehetséges.
Hibalehetőségek, zavaró hatások:
– adszorpció a mintavevő edény falán,
– kémiai reakciók,
– kondenzáció
(magas forrpontú alkotó),
– kiszellőzés
(szelepek kinyílása, szivárgás).
2.6.1 A térfogati gáz-mintavétel eszközei
Műanyag zsák
„Malac” (üveg)
2.6.1 A térfogati gáz-mintavétel eszközei 2.
2.6.2 Az elnyeletéses dúsítás
A dúsítás célja lehet a mérendő anyag mennyiségének
növelése, a mátrix csökkentése, illetve átlagminta készítése.
Elnyeletés: abszorpció, kemoszorpció. Eszköz: elnyelető
edény, gázmosó palack. Kettőt szokás sorba kapcsolni, ha a
másodikban elnyelt anyag
mennyisége kevesebb,
mint az elsőben lévő fele,
az elnyeletés elfogadható.
Elnyelető folyadék: az
elnyeletni kívánt komponenst jól oldja, vagy azzal
gyors reakcióba lép,
kevéssé párolog,
lehetőleg szelektív.
SO2, NOx mintavétel
2.6.2 Az elnyeletéses dúsítás – mintavevő lánc
1. előtétszűrő 2-3. mintavevő edények 4. védőszűrő
5. áramlásszabályozó 6. ventilátor 7. térfogatmérő eszköz
(gázóra) 8. térfogatáram-mérő eszköz (rotaméter)
2.6.2 Az elnyeletéses dúsítás
EMIMAT
levegő-mintavevő
2.6.3 A kifagyasztásos dúsítás
Kifagyasztás: A gázt hűtőfolyadékkal körülvett U-csövön
(vastagabb) vezetjük keresztül, a komponens(ek) kifagy(nak).
A hűtőfelület növelésére üveggyöngy töltetet lehet használni.
A megfelelő hőmérséklet: legalább a forrpontnál 50 ºC-kal
alacsonyabb.
Hűtőfolyadékok: víz – jég, sós jég, acetonos szárazjég,
cseppfolyós levegő.
Tárolni és szállítani is hűtve kell.
A feldolgozás: a melegítéssel egy időben oldószert is adnak
hozzá. Ha víz is volt a mintában, az is kifagy, ez esetenként
nagy mennyiség is lehet, és további elválasztást igényel.
2.6.4 Adszorpciós mintadúsítás
Kényszeráramlásos: a levegőt szivattyú szívja át meghatározott időn át adott térfogatárammal az adszorbenssel (pl.
aktívszén) töltött csövön.
Diffúziós: a gáz az adszorbenshez nehezen jut el (kapilláris), a
beáramlás sebességét a diffúzió szabja meg. Nevezik ezeket
dozimetriás csöveknek vagy passzív monitoroknak is.
Általában több napig vagy hétig vannak kihelyezve és az
időszak átlagát jellemzi a megkötött anyag mennyisége.
Mindkét típusnál
– utána le kell oldani a megkötött anyagot,
– tervezni kell a behelyezett adszorbens minőségét,
mennyiségét, a feladatnak megfelelően.
2.6.5 Dozimetriás cső
N2O monitor eredményei más
módszerrel összehasonlítva
Benzol passzív monitor
2.6.6 Folyékony minták (pl. vízminták)
Fontos: jól záró edénybe, lehetőleg tele (illékony anyagok
esetén lényeges).
Vízfolyásból a sodrásban kell mintát venni.
Kútból, ha az nincs állandó használatban, 3-szoros kúttérfogat kimerése/kiszivattyúzása után kell mintát venni.
A víz felszíne alatti mintavételhez arra alkalmas eszköz
kell, amit a megfelelő mélység elérésekor tudunk nyitni –
csukni.
Egyes anyagok méréséhez a helyszínen szűrni kell a
mintát.
Tárolás, szállítás olyan körülmények között, hogy az
összetétel ne változzék (pl. hűtve), szükség esetén
tartósítás (összetevőnként más lehet).
2.6.6 Vízminták tartósítása (részlet)
Mintatartó
Vizsgálható paraméterek
Javasolt
térfogat
Műanyag (PE) Anionok (NO2, NO3, SO4, PO4, Cl),
Tartósítószer: kationok (Ca, K, Mg, Na, NH4),. pH, EC,
lúgosság, keménység, KOICr, KOIp,
nincs
bepárlási maradék, összes oldott anyag
1,5-2 L
Műanyag (PE)
Tartósítószer:
HNO3, 1:1
1 mL/100 mL
minta
0,5 L
Fe, Mn, nehézfémek, kivéve Hg, Sn
Ivó- és szennyvíznél az eredeti minta,
felszíni- és felszín alatti víznél 0,45μm-es
membránszűrőn átszűrt minta, illetve
szükség esetén a membránszűrő (adott
térfogatú minta átszűrése után!).
17-SOP-020 – Anleitung zur Konservierung und Handhabung von Wasserproben
2.6.6 Vízminták tartósítása (részlet)
Paraméter Mintatartó Tárolási
edény
hőmérséklet
Kémiai
tartósítás
Eltarthatóság
Megjegyzések
Buborék
mentesen
24 óra
pH
G, PE
1-5 °C
TILOS
6 óra
Lúgosság
G, PE
1-5 °C
TILOS
14 nap
Nitrát
G, PE
1-5 °C
nem szük- 24 óra
séges
G, PE
1-5 °C
1 mL /
100 mL
HCl
pH 1-2
PE
mélyhűtve nem szük- 1 hónap
séges
1 hét
17-SOP-020 – Anleitung zur Konservierung und Handhabung von Wasserproben
2.6.7 Szilárd objektumok (pl. talaj) mintázása
A mintavétel fő problémája a szilárd objektum inhomogenitása, gyakran nem is homogenizálható az anyag a mennyisége
miatt.
A minta mennyiségét az inhomogenitás tömege és a megengedhető hiba határozza meg. Gyakran több pontmintát
veszünk (mélység és hely szerint) és ezekből készítünk
átlagmintát.
Eszközként az anyag jellegétől, mennyiségétől függően
szóba jöhet fúró, lapát, szúró mintavevő.
Mintavevő/tároló edény: attól függ, akarunk-e illékony
anyagot mérni, illetve változik-e a minta levegőn. Ha lehet, ne
legyen szabad légtér (pl. vízzel kitöltjük).
2.6.7 Talaj mintavevők – kanalas
2.6.7 Talaj mintavevők – belső üreges (mag)
2.6.7 Talaj mintázása
A mintavételi pontok
elrendezése
(a szürke csak árnyék)
2.6.8 Hulladékok mintázása – mintavételi rend 1.
1. Helyszíni szemle: áttekintés, mintavételi terv készítés
szempontjából. Hulladékok jellege, elhelyezése, csomagolása, címkézése.
Csoportosíthatók-e a hulladékok? Mintavételezési módok
számbavétele (minta kivétele, átlagolás).
2. Mintavételi terv készítése. Pontminták helye, mennyisége,
száma, átlagolási technikája. Mintavételi eszközök (eszköz
tisztítása), minták csomagolása, tárolóeszközök.
Mintavételezés jegyzőkönyvének előkészítése (táblázat,
hely, időpont).
Szállítás, átmeneti tárolás megoldását átgondolni.
Mintaszám meghatározása – a vizsgálat közvetlen célja
alapján, pl.
– tájékoztató vizsgálat: 1 egységből 3 pontminta, abból 1
átlag;
2.6.8 Hulladékok mintázása – mintavételi rend 2.
– minősítő vizsgálat: 1 egységből 3*3 pontminta, abból 3
átlag.
Egyébként a mintaszám függ a mennyiségtől, a tárolás
módjától, az anyag homogenitásától is.
3. Mintavétel, jegyzőkönyv készítése, kitöltése.
A minták száma
– Szilárd hulladék kis csomagolási egység (<200 kg)
hordó, zsák, dob, rekesz esetén, ha a hulladék
= azonos termelési folyamatból származik, akkor is
lehet különbség (pl. nedvességtartalom)
≡ homogén vagy homogenizált hulladék – 1 minta,
≡ nem homogenizálható hulladék – 3 minta;
= nem azonos, de csoportosítható – csoportonként
≡ homogén vagy homogenizált hulladék – 1 minta,
≡ nem homogenizálható hulladék – 3 minta;
2.6.8 Hulladékok mintázása – mintavételi rend 3.
= nem azonos – mintázás egységenként.
≡ homogén vagy homogenizált hulladék – 1 minta,
≡ nem homogenizálható hulladék – 5 minta.
– Nagyobb tárolási egység prizma, gödör, kúp esetén a
talajmintavételhez hasonlóan a tér három irányában
elosztott pontokon történik a mintavétel, a pontok
számát a tárolási egység mérete határozza meg (pl.
kúpszerű tárolás esetén 100 tonna alatt 6 pont, 3 átlag,
100 tonna felett 36 pont, 12 átlag).
– Folyékony hulladék
= homogén anyag – 1 minta,
= nem homogén anyag – rétegminták 3 helyről,
2.6.8 Hulladékok mintázása – mintavételi rend 3.
= medencéből
≡ homogén vagy homogenizált hulladék – 1 minta
≡ nem homogenizálható hulladék – mint a talajnál a
tér három irányában…
= csővezetékből, áramló rendszerből időbeli
pontminták.
– Iszapszerű hulladék
= hígan folyó – mint a folyadékok;
= sűrűn folyó – szilárd hulladékként mintázhatók.
Mintavételi eszközök
Szilárd hulladékhoz lapát, vödör, mintavevő cső (Ø 50…70
mm, L = 1,8 m, l = 20…30 cm), talajfúró, keveréshez tiszta
felület, esetleg keverő. Folyékony és iszapszerű hulladékhoz
hordópipetta használható (Ø 40 mm, L = 1,5 m).
Tárolóedény
Üveg vagy műanyag (PE, PP) flakon, zacskó. Illékony anyag
tartalom esetén fontos a jó zárhatóság, esetleg a légmentes
lezárás. A legfontosabb, hogy az edény tiszta legyen.
2.7 A minta-előkészítés műveletei
A leggyakoribbak a következők:
Fizikai műveletek
mérlegelés,
keverés, homogenizálás,
törzsoldat-készítés,
hígítás, koncentrálás, tisztítás,
bepárlás, szárítás,
extrakció: folyadék-szilárd, folyadék-folyadék, szilárd-folyadék,
szűrés, centrifugálás.
Kémiai műveletek
pH-beállítás,
kivonat készítés, feltárás,
reagens hozzáadás, kicsapás, származék készítés,
ioncsere.
2.7 A minta-előkészítés műveletei
Soxhlet extraháló berendezés
1: keverőpálca 2: csatlakozó csiszolat
3: oldalcső 4: filter 5: szilárd (extrahálandó) anyag 6: szifontető 7: szifon kifolyó
8: csiszolatváltó 9: hűtő 10: hűtővíz
bemenet 11: hűtővíz kimenet
2.7 A minta-előkészítés műveletei
Mikrohullámú feltáró berendezés
2.8 Összefoglaló kérdések
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Milyenek lehetnek a vizsgálandó objektumok?
Mit jelent: reprezentatív minta, pontminta, átlagminta?
Mit tartalmazzon a mintavételi jegyzőkönyv?
Milyen lehet a mintavétel technikája?
Sorolja fel a gázminták dúsítási lehetőségeit!
Milyen legyen a vízminta-vevő edény? Miért lehet
szükség a vízminták tartósítására?
7. Soroljon fel 3-3 fizikai és kémiai minta-előkészítő
műveletet!